L'illustrazione di questo artista cattura il buco nero supermassiccio più distante che gli umani abbiano scoperto. Il suo rapido tasso di crescita ha gli astronomi a grattarsi la testa. Robin Dienel/Carnegie Institution for Science Gli astronomi hanno scoperto il buco nero più distante mai osservato, ed è sorprendentemente grande per la sua giovane età.
Con un peso di 800 milioni di masse solari, questo esemplare supermassiccio è stato trovato al centro di una giovane galassia che sta generando potenti radiazioni. Conosciuto come quasar, questo tipo di galassia ha illuminato l'universo primordiale, e la loro attività estrema era guidata dalle dinamo dei buchi neri nei loro nuclei. Ma questo buco nero è molto più grande del previsto per una galassia così giovane.
"Questo buco nero è cresciuto molto più grande di quanto ci aspettassimo in soli 690 milioni di anni dopo il Big Bang, che sfida le nostre teorie su come si formano i buchi neri, ", ha affermato Daniel Stern in una dichiarazione del Jet Propulsion Laboratory della NASA. Stern è il coautore di un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature.
Viaggiamo più indietro nel tempo per apprezzare appieno quanto sia innovativa questa scoperta.
Dopo il Big Bang, l'universo in rapida espansione era pieno di una zuppa calda di gas ionizzato, chiamato plasma. Col passare del tempo e l'universo si è raffreddato, questo plasma si è condensato in atomi neutri (principalmente idrogeno, dove un protone si combina con un elettrone). Fino a questo punto, l'universo non aveva stelle né galassie; semplicemente non c'era stato abbastanza tempo perché le cose si raggruppassero sotto la gravità per creare stelle. Questo periodo è stato giustamente chiamato "Secolo Oscuro" perché l'unica radiazione che esisteva in quel momento era il bagliore di fondo del Big Bang stesso, e si stava rapidamente spostando verso il rosso mentre l'universo si espandeva. Il redshift si verifica quando l'universo in espansione estende la luce da lunghezze d'onda corte a lunghezze d'onda lunghe.
Quando le prime stelle hanno avuto origine e sono state vincolate dalla loro reciproca gravità per formare le prime galassie, però, l'universo ha subito un cambiamento monumentale.
Queste prime galassie hanno generato potenti radiazioni che hanno scomposto il gas idrogeno neutro, sottraendo gli elettroni ai protoni. Conosciuto come "reionizzazione, " l'universo è diventato ancora una volta uno stato di plasma. Normalmente, questo gas altamente ionizzato sarebbe opaco alle radiazioni, ma poiché l'universo si era espanso e raffreddato, il plasma era così disperso che la luce delle galassie ha viaggiato attraverso lo spazio intergalattico per lo più senza ostacoli. È come se il cosmo avesse premuto l'interruttore della luce delle stelle.
Così, cosa ha a che fare questo buco nero supermassiccio con questa drammatica trasformazione cosmica?
Osservazioni del quasar, chiamato ULAS J1342+0928, hanno dimostrato che è circondato da idrogeno neutro. L'idrogeno neutro che esiste intorno a questa piccola galassia significa che è solo appena emerse da questo periodo di reionizzazione, rendendola la prima galassia che noi Potere vedere, in quanto è tra le prime popolazioni di galassie a formarsi.
"Il nuovo quasar è esso stesso una delle prime galassie, eppure ospita già un gigantesco buco nero massiccio come altri nell'universo attuale!", ha affermato il co-autore Xiaohui Fan, che lavora all'Università dell'Arizona, in un comunicato stampa.
Rilevare questo oggetto non è stato un compito facile. La luce di J1342+0928 ha impiegato più di 13 miliardi di anni per raggiungerci, quindi è estremamente debole e molto spostato verso il rosso. I quasar erano potenti generatori di radiazioni a corta lunghezza d'onda, come i raggi X. Ma dopo aver viaggiato per 13 miliardi di anni luce, la radiazione è stata estesa alla parte infrarossa dello spettro, quindi solo i telescopi di rilevamento a infrarossi più sensibili possono rilevarlo.
Utilizzando i dati generati da una tripletta internazionale di potenti telescopi, i ricercatori sono stati in grado di cercare candidati quasar negli angoli più remoti del cosmo. Una volta identificato, altri osservatori si sono lanciati per caratterizzare questo oggetto estremo.
L'Osservatorio dei Gemelli alle Hawaii, Per esempio, ha aiutato a determinare l'enorme massa del buco nero sondando lo spettro infrarosso per misurare l'attività del buco nero. I quasar erano generatori di radiazioni così potenti nell'universo primordiale perché i buchi neri supermassicci nei loro nuclei avevano accesso a un'enorme quantità di materiale. Mentre consumavano rapidamente questa materia, i buchi neri formavano un vasto, disco di accrescimento caldo e radiante, creando la luce caratteristica dei quasar che può essere vista attraverso miliardi di anni luce.
Il prossimo passo è cercare più quasar come J1342+0928, e i ricercatori stimano che ci devono essere tra 20 e 100 quasar simili in tutto il cielo.
Quasar è l'abbreviazione di sorgente radio quasi stellare. Quello nella foto, 3C 273, è il primo che gli astronomi abbiano mai identificato, ed è anche il più luminoso. ESA/Hubble e NASA
Ora che sappiamo che J1342+0928 ospita un buco nero supermassiccio di 800 milioni di massa solare, la grande domanda è, come diavolo ha fatto a diventare così pantagruelico?
Alcune delle più grandi domande che incombono sulla moderna cosmologia e astrofisica si concentrano sui buchi neri supermassicci. È noto che questi mostri si nascondono nei nuclei della maggior parte delle galassie, compreso il nostro, e sappiamo che possono avere la massa di un miliardo di soli. Cercare di spiegare come i buchi neri supermassicci nel nostro universo moderno abbiano consumato abbastanza materia da diventare così grandi è già abbastanza difficile, ma trovare un mostro di 800 milioni di massa solare che esisteva solo 690 milioni di anni dopo il Big Bang è un serio grattacapo. Come ha fatto questo piccolo buco nero a crescere così tanto in fretta?
I meccanismi alla base dell'accrescimento dei buchi neri sono poco conosciuti, ma i ricercatori suggeriscono che questo esempio potrebbe essere stato solo un "fiorire precoce" che ha avuto una giovinezza estremamente attiva, solo per stabilirsi come un buco nero supermassiccio "normale" in una grande galassia ellittica.
"Se si trova in una parte dell'universo più densa della media, potrebbe iniziare prima la vita e crescere più rapidamente, "Fan ha detto in una nota.
"Questa scoperta mostra che ovviamente esisteva un processo nell'Universo primordiale per creare questo mostro, " ha aggiunto l'astronomo Eduardo Bañados, presso la Carnegie Institution for Science che ha condotto lo studio internazionale. "Cos'è questo processo? Bene, che terrà i teorici molto occupati!"
Ora è interessanteL'universo ha 13,8 miliardi di anni, quindi 690 milioni di anni rappresentano solo il 5% dell'età del nostro universo.
